成果名称 ---【 离子束作用下碳纳米管向纳米金刚石的结构相变及纳米金刚石薄膜场发射特性的研究 】

基本信息
所属机构
中国科学院上海应用物理研究所
成果属性
1
主题词
碳纳米管金刚石;结构相变;薄膜场发射特性
研究起止时间
2004.01 至2005.12
成果公报内容
本项目的主要目标是获得低能离子和中高能离子束辐照下碳纳米管向金刚石相变的物理规律,以及由此生成的纳米金刚石场发射的物理本质,具体的研究目标包括: 1)采用不同的离子束能量、束流强度、样品温度和不同种类的等离子体辐照碳纳米管,获得碳纳米管结构变化的规律,观察辐照过程中产生的各种纳米结构的形成条件; 2)获得低压力(或零压力)情况下,离子束辐照产生金刚石结构的相变温度、离子束种类、能量、流强对金刚石结构形成的作用规律; 3)获得准一维纳米管和纳米线在离子束辐照下横向和纵向结构变化规律,尤其是横向结构变化与准零维碳洋葱结构变化的类比; 4)制备出金刚石纳米线,并对它进行结构表征和初步的物性研究; 5)类比电子束辐照,获得离子束辐照下纳米管和纳米线向金刚石相变的热力学理论解释;利用分子动力学模拟获得离子束作用下,碳原子的位移和缺陷迁移规律;利用离子束与物质相互作用的原理,研究离子束在碳纳米管中的核阻止和电子阻止,获得能量转移和淀积的数据; 6)探讨在纳米尺度下金刚石或纳米金刚石复合材料场发射的物理本质,即量子限制下场电子传输和发射行为。 获得的主要成果: 1)利用热化学气相沉积(CVD)技术和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在桂溶胶、单晶硅、透明导电膜、阳极氧化铝模板(AAO)等衬底上成功地制备了定向生长的碳纳米管阵列。 2)在200-800度高温下,用N+离子束(60KEV)辐照非晶化的碳纳米管,结果表明,非晶碳结构转化为新的碳纳米结构-碳洋葱结构,这一结构是电子束、激光束辐照以及高温高压下形成金刚石的重要中间体。 3)利用氢等离子体与碳纳米管相互作用,成功实现了碳纳米管到金刚石的结构转变。实现了超高密度金刚石核的方法。 4)研究了从碳纳米管相变形成的纳米金刚石薄膜的场发射特性。实验结果表明,这种经氢等离子体和碳纳米管作用后形成的纳米金刚石薄膜具有较强的场发射能力,开启电压值小于0.74V/μm,阈值电压小于3V/μm,发射电流密度大于10mA/cm2。 5)首次利用等离子体与碳纳米管作用合成了目前小尺寸的金刚石纳米线(直径4-8nm)金刚石纳米线,提出了金刚石纳米线的非晶碳辅助生长模型。 6)建立了高真空光电性能测试装置和Kaufmana型低能离子源系统。


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